材料力学课件第七章弯曲变形
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材料力学-弯曲变形
(向下)
qB
qmax
w(l)
Pl 2 2EI
(顺时针)
例题2
图示的等截面简支梁长为l，抗弯刚度为
EI，在右端受有集中力偶M0的作用，求梁任
一截面的转角和挠度。
y
解:
由整体平衡得 FAx=0， FAy= FBy= M0/l 从而，截面的弯矩为
M(x)= xFAy= xM0/l
FAx A x o
FAy
横截面变形：
线位移：长度变化
水平方向—小变形假定，挠曲轴平坦，忽略不计 垂直方向—挠度 w= w(x)
转角：角度变化
横截面相对于原位置转过的夹角，
一般用q (x)表示截面转角，并且以逆时针为正
q'
对于细长梁，略去剪力对变形影响 平截面假设成立: 变形的横截面与挠曲轴垂直
q q tan q dw
(l 2
a2)
y
例题3
P x
A
C
于是，梁的挠曲线方程为 FAx
l
w
w1 w2
(x) (x)
0 xa a xb
FAy
a
b
Pb
6 EIl
Pa
6 EIl
x3 (b2 l2 )x (l x)3 (a2 l2
)(l
x)
0 xa a xl
转角方程为
q w ww12((xx))
0 xa a xb
Pb 2EIl
x2
C1
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱdx
Pb 6EIl
x3
C1x
D1
同理，对CB段
w2
w2dx C2
Pa EIl
(l
x)dx
C2
第7章 弯曲变形 材料力学,力学,物理,课件
本章主要研究：
●弯曲变形基本方程●计算梁位移的几种方法●简单静不定梁分析●
梁的合理刚度设计
第七章弯曲变形
挠曲轴
轴线变为曲线，变弯后的梁轴，称为挠曲轴
各边界和内部分界点有多少位移边界与连续条件？
自由端：
怎样描绘挠曲轴的大致形状？
依据1：画出弯矩图，根据弯矩的正负，零值点，确定挠曲轴的凹凸和拐点。
依据2：约束处，应满足位移边界条件；分段点处，应满足位移连续条件。
qa
1. 绘制弯矩图。
§7-5 计算梁位移的叠加法
❒载荷叠加法
❒逐段变形叠加法
A
B
qa
A
B (3a
qa
B
C
B
刚化AB段：
F
B
C
B
刚化AB段：
F
B
刚化BC段：
F
B
§7-6 简单静不定梁
B
R B
A R B
A
由于结构具有对称性，直接求出Y
所以只有一个未知量，只用一个条件即可。
A
思考第二种方案的变形协调条件是什么？。
材料力学第7章 弯曲变形[精]
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tandwfx
dx
小变形梁可近似为
wfx 转角方程 2
材料力学
7.2 梁的挠曲线近似微分方程
由纯弯曲梁的曲率与弯矩的关系：
1M
EI
1
x
M x
EI
曲线曲率 计算公式
1
w
x
3
1w2 2
由曲率-弯矩 的符号关系：
小变形梁的近 似微分方程：
C、D积分常数，由梁上已知的挠度或转角确定，这些
已知的挠度或转角称为边界条件。
4
材料力学
以图示简支梁为例
x0, wA w00 xl, wB wl0
以图示悬臂梁为例
x0, wA w00 A w00
出版社 科技分社 5
材料力学
出版社 科技分社
材料力学
出版社 科技分社
22
8
材料力学
两次积 分得：
EIw1qx31qlx2C 64
EIw 1 qx41qlx3CxD 24 12
由简支梁的边界条件：
出版社 科技分社
(3) (4)
w 0， w 0
x0
xl
得积分常数
C 1 ql3，D0 24
9
材料力学
梁的转角方程
w q(4 x 3 6 lx 2 l3 ) 2 4 E I
当 a>b 时，B支座处截面的转角绝对值为最大
maxB=Fab 6lE lIa
简支梁的最大挠度应在dw/dx=0处，由 w1 0 得
x1
l2b2 3
aa2b
3
当 a>b 时，则有x1< a，由此可知最大挠度位于AC之间1。5
材料力学
出版社 科技分社
dx
小变形梁可近似为
wfx 转角方程 2
材料力学
7.2 梁的挠曲线近似微分方程
由纯弯曲梁的曲率与弯矩的关系：
1M
EI
1
x
M x
EI
曲线曲率 计算公式
1
w
x
3
1w2 2
由曲率-弯矩 的符号关系：
小变形梁的近 似微分方程：
C、D积分常数，由梁上已知的挠度或转角确定，这些
已知的挠度或转角称为边界条件。
4
材料力学
以图示简支梁为例
x0, wA w00 xl, wB wl0
以图示悬臂梁为例
x0, wA w00 A w00
出版社 科技分社 5
材料力学
出版社 科技分社
材料力学
出版社 科技分社
22
8
材料力学
两次积 分得：
EIw1qx31qlx2C 64
EIw 1 qx41qlx3CxD 24 12
由简支梁的边界条件：
出版社 科技分社
(3) (4)
w 0， w 0
x0
xl
得积分常数
C 1 ql3，D0 24
9
材料力学
梁的转角方程
w q(4 x 3 6 lx 2 l3 ) 2 4 E I
当 a>b 时，B支座处截面的转角绝对值为最大
maxB=Fab 6lE lIa
简支梁的最大挠度应在dw/dx=0处，由 w1 0 得
x1
l2b2 3
aa2b
3
当 a>b 时，则有x1< a，由此可知最大挠度位于AC之间1。5
材料力学
出版社 科技分社
材料力学课件第七章变曲应力(土木专业)
3
46470 10 8 m 4
a
y
z
138.6 106 Pa =138.6 MPa
第七章
弯曲应力
[例2] 试求图示 T 形截面梁的最大拉应力和最大压应力。已知
Iz = 7.64×106 mm4、 y1 = 52 mm、y2 = 88 mm。
解： 1）画弯矩图
梁的最大正弯矩发生
在截面 C 上，最大负弯 矩发生在截面 B 上，分
对称弯曲
对称截面梁，在纵向对称面承受横向 外力时的受力与变形形式－对称弯曲
第七章
弯曲应力
弯 曲 试 验
第七章
试验现象
弯曲应力
（纯弯与正弯矩作用）
横线为直线, 仍与纵线正交 靠顶部纵线缩短, 靠底部纵 线伸长 纵线伸长区,截面宽度减小 纵线缩短区, 截面宽度增大 弯曲假设 横截面变形后保持平面，仍与纵线正交－弯曲平面假设 各纵向“纤维”处于单向受力状态－单向受力假设
第七章
7.1 概 述
弯曲应力
F
C
a
F
D
a
B
弯曲正应力只与弯矩有关，故 通过纯弯曲梁来研究弯曲正应力.
FS
A
纯弯曲： 梁的剪力恒为零， 弯矩为常量。
F
x
F
x
M
Fa
第七章
弯曲应力
纯弯曲
第七章
弯曲应力
.2 弯曲应力
弯曲正应力
弯曲应力
梁弯曲时横截面上的
弯曲切应力
梁弯曲时横截面上的
A ydA M
yC ydA A 0 A
(c)
(a)(b)
A ydA 0
E
中性轴通过横截面形心
(a)(c)
46470 10 8 m 4
a
y
z
138.6 106 Pa =138.6 MPa
第七章
弯曲应力
[例2] 试求图示 T 形截面梁的最大拉应力和最大压应力。已知
Iz = 7.64×106 mm4、 y1 = 52 mm、y2 = 88 mm。
解： 1）画弯矩图
梁的最大正弯矩发生
在截面 C 上，最大负弯 矩发生在截面 B 上，分
对称弯曲
对称截面梁，在纵向对称面承受横向 外力时的受力与变形形式－对称弯曲
第七章
弯曲应力
弯 曲 试 验
第七章
试验现象
弯曲应力
（纯弯与正弯矩作用）
横线为直线, 仍与纵线正交 靠顶部纵线缩短, 靠底部纵 线伸长 纵线伸长区,截面宽度减小 纵线缩短区, 截面宽度增大 弯曲假设 横截面变形后保持平面，仍与纵线正交－弯曲平面假设 各纵向“纤维”处于单向受力状态－单向受力假设
第七章
7.1 概 述
弯曲应力
F
C
a
F
D
a
B
弯曲正应力只与弯矩有关，故 通过纯弯曲梁来研究弯曲正应力.
FS
A
纯弯曲： 梁的剪力恒为零， 弯矩为常量。
F
x
F
x
M
Fa
第七章
弯曲应力
纯弯曲
第七章
弯曲应力
.2 弯曲应力
弯曲正应力
弯曲应力
梁弯曲时横截面上的
弯曲切应力
梁弯曲时横截面上的
A ydA M
yC ydA A 0 A
(c)
(a)(b)
A ydA 0
E
中性轴通过横截面形心
(a)(c)
13+第七章+弯曲变形——材料力学课件PPT
x l
A
F
x l
(x)
(x)
w(x)
B
描述截面上任一点的位移: 1、形心轴的线位移 —— 挠度 w
2、截面绕形心轴的角位移 —— 转角 3、轴向位移可忽略
F 变弯后的梁轴——挠曲轴
F 挠度随坐标变化的方程——挠曲轴方程 w= w(x)
F 忽略剪切变形 + 梁的转角一般很小—— = ’ dw/dx
回顾拉压杆与扭转轴的变形描述
7
第七章 弯曲变形
x l
A
F
x l
(x)
(x)
w(x)
B
8
第七章 弯曲变形
§7-2 挠曲轴近似微分方程 方程推导
Q 中性层曲率表示的弯曲变形公式
1
M EI
（纯弯）
1 M ( x)（推广到非纯弯）
( x) EI
Q 由高等数学知识
1
w( x)
(x)
1 [w( x)]2
弯曲变形：怎样描述？
5
•弯曲变形的特点
第七章 弯曲变形
挠曲轴
轴线变为曲线，变弯后的梁轴，称为挠曲轴， 挠曲轴是一条连续、光滑曲线（可微）
对称弯曲时，挠曲轴为位于纵向对称面的平面曲线 对于细长梁，剪力对弯曲变形影响一般可忽略不计
因而横截面仍保持平面，并与挠曲轴正交
6
第七章 弯曲变形
• 梁变形的描述：
31
一、 载荷叠加法
分解载荷 分别计算位移 求位移之和
19
第七章 弯曲变形
例: 已知EI , 建立该梁的挠曲轴方程
A
x
B M0
C
l/2
l/2
M0 /l
解: 计算约束反力，建立坐标系。
北京航空航天大学-材料力学课件ppt-14+第七章+弯曲变形
3. 求 wC
17 Fa 3
A
Fa
C
B
wC 2
wC1
wB
wC
wC1 wC 2
48EI
4EA
D
a
H
4. 比较弯曲与拉压位移 A bh, I bh3 12
设b×h矩形截面
17 Fa 3 48EI
Fa 4EA
17
a h
2
结论: (如果题意没有要求)，拉压与弯曲共同
作用时，拉压引起的位移可以忽略。
18
第七章 弯曲变形
§7-6 简单静不定梁
• 静不定度与多余约束
q(x)
M
5-3=2 度静不定
q(x)
F
6-3 = 3 度静不定
静不定度 ＝支反力（力偶）数－有效平衡方程数 多余约束 多于维持平衡所必须的约束
静不定度＝多余约束数 多余反力 与多余约束相应的支反力或支力偶矩
19
第七章 弯曲变形
静定基与相当系统
例: 求图示外伸梁C点 的挠度和转角
q
C B
l
a
q
仅考虑BC段变形(刚化AB,可
A
视BC为悬臂梁)
qa4 wC1 8EI ()
C1
qa 3 6EI
()
B
l
qa
仅考虑AB段变形(刚化BC)
A
B
C2
B2
qa2l 6EI
()
总挠度和转角
wC 2
B2a
qa3l 6EI
()
l
qa 3 wC wC1 wC 2 24EI (3a 4l ) ()
0
0
wB 0, B 0
A
B
25
材料力学课件：弯曲变形
()
w
A,q
ql 4 8 EI
()
w
A
w
A,F
w
A,q
Fl 3 3EI
ql 4 8EI
()
wA ?
当梁上作用几个载荷时，任一横截面 的总位移，等于各载荷单独作用时在 该截面引起的位移的代数和或矢量和
32
理论依据
EI
d2w dx 2
M
(
x
)
（小变形,比例极限内）
M(x)MF (x)Mq(x)
（小变形）
27
梁位移的通用方程
优势：只有2个积分常数
28
重讲例题6-3
利用奇异函数法＝积分技巧
29
例题6-4
载荷处理：分布载荷问题
30
§7-5 计算梁位移的叠加法
载荷叠加法 逐段变形效应叠加法 两类叠加法比较 例题
31
一、 载荷叠加法
分解载荷 分别计算位移 求位移之和
w
A,F
Fl 3 3EI
A
x
B M0
解: 1、弯矩方程: M x M0
2、挠曲轴近似微分方程 w x M0
EI
w x M0 x C
EI
w x M0 x2 Cx D
2EI
16
w x M0 x C
EI
w x M0 x2 Cx D
2EI
A
x
3、积分常数的确定
w(0) = 0 w’(0) = 0
上述微分方程的解，为下列微分方程解的组合
EI
d2w dx 2
MF
(
x)
w wF ( x)
EI
d2w dx 2
Mq(
x)
材料力学-弯曲变形(内力)ppt课件
2021/4/23
任务一 计算梁的弯曲变形内力
❖ 知识目标 ❖ 能力目标 ❖ 任务描述 ❖ 任务分析 ❖ 相关知识 ❖ 任务实施 ❖ 任务拓展 ❖ 思考与练习
弯曲变形
3333
机械基础-材料力学-弯曲变形
20212/0241//42/233
任务拓展-做剪力图和弯矩图
弯曲变形
FRA
MO
a
b
A
C
x1
x2
桥梁
弯曲变形
55
机械基础-材料力学-弯曲变形
20212/0241//42/233
厂房吊运物料
弯曲变形
6
机械基础-材料力学-弯曲变形
2021/4/23
任务一 计算梁的弯曲变形内力
弯曲变形
❖ 知识目标 ❖ 能力目标 ❖ 任务描述 ❖ 任务分析 ❖ 相关知识 ❖ 任务实施 ❖ 任务拓展 ❖ 思考与练习
任务一 计算梁的弯曲变形内力
弯曲变形
❖ 知识目标 ❖ 能力目标 ❖ 任务描述 ❖ 任务分析 ❖ 相关知识 ❖ 任务实施 ❖ 任务拓展 ❖ 思考与练习
✓ 分析梁的变形。 ✓ 分析梁发生弯曲变形时受的内力。 ✓ 求出梁弯曲时的内力。
99
机械基础-材料力学-弯曲变形
20212/0241//42/233
相关知识
解：1、求支座反力
F x0, F A x0
MA0, FBF l a
MB0, FAyFb
l
弯曲变形
F
a
b
A
B
x
l
FAx
A FAy
F B
FB
21
机械基础-材料力学-弯曲变形
2021/4/23
相关知识-剪力和弯矩
《材料力学弯曲》课件
定义方式
弯曲应变通常用曲率半径的变化量与原始曲率半径的比值来表示，即 ΔR/R。其中 ΔR 是曲率半径的变化量，R 是原始曲率半径。
弯曲应变的计算
应变计法
通过在物体上粘贴应变片 ，并利用应变计测量应变 值，从而计算出弯曲应变 。
有限元分析法
利用有限元分析软件，建 立物体的有限元模型，通 过模拟受力情况下的变形 过程，计算出弯曲应变。
实验法
通过实验测试物体的弯曲 变形，利用相关公式计算 出弯曲应变。
弯曲应变的分布
应变分布图
通过绘制应变分布图，可以直观地了 解物体在弯曲变形过程中应变的大小 和分布情况。
应变集中
应变梯度
在弯曲变形过程中，物体不同部位上 的应变大小和方向可能不同，形成应 变梯度。
在物体受力点附近区域，应变会集中 增大，可能导致材料疲劳或断裂。
材料力学的重要性
总结词
材料力学在工程设计和实践中具有重要意义。
详细描述
在工程设计和实践中，材料力学是必不可少的学科之一。通过对材料力学的研究 ，工程师可以更好地理解材料的性能，预测其在各种工况下的行为，从而设计出 更加安全、可靠、经济的工程结构。
材料力学的基本假设
总结词
材料力学基于一系列基本假设，这些假设简 化了问题的复杂性，使得分析更为简便。
学习目标
01
02
03
04
掌握材料力学的基本概念、原 理和分析方法。
理解弯曲问题的特点和解决方 法。
能够运用所学知识解决简单的 弯曲问题。
培养分析问题和解决问题的能 力，提高力学素养。
02
材料力学基础
材料力学的定义
总结词
材料力学是一门研究材料在各种 力和力矩作用下的行为的学科。
弯曲应变通常用曲率半径的变化量与原始曲率半径的比值来表示，即 ΔR/R。其中 ΔR 是曲率半径的变化量，R 是原始曲率半径。
弯曲应变的计算
应变计法
通过在物体上粘贴应变片 ，并利用应变计测量应变 值，从而计算出弯曲应变 。
有限元分析法
利用有限元分析软件，建 立物体的有限元模型，通 过模拟受力情况下的变形 过程，计算出弯曲应变。
实验法
通过实验测试物体的弯曲 变形，利用相关公式计算 出弯曲应变。
弯曲应变的分布
应变分布图
通过绘制应变分布图，可以直观地了 解物体在弯曲变形过程中应变的大小 和分布情况。
应变集中
应变梯度
在弯曲变形过程中，物体不同部位上 的应变大小和方向可能不同，形成应 变梯度。
在物体受力点附近区域，应变会集中 增大，可能导致材料疲劳或断裂。
材料力学的重要性
总结词
材料力学在工程设计和实践中具有重要意义。
详细描述
在工程设计和实践中，材料力学是必不可少的学科之一。通过对材料力学的研究 ，工程师可以更好地理解材料的性能，预测其在各种工况下的行为，从而设计出 更加安全、可靠、经济的工程结构。
材料力学的基本假设
总结词
材料力学基于一系列基本假设，这些假设简 化了问题的复杂性，使得分析更为简便。
学习目标
01
02
03
04
掌握材料力学的基本概念、原 理和分析方法。
理解弯曲问题的特点和解决方 法。
能够运用所学知识解决简单的 弯曲问题。
培养分析问题和解决问题的能 力，提高力学素养。
02
材料力学基础
材料力学的定义
总结词
材料力学是一门研究材料在各种 力和力矩作用下的行为的学科。
材料力学 弯曲变形PPT课件
EIw ql x3 - q x4 Cx D 12 24
(3) 利用边界条件确定积分常数
x 0: w0 D0 x l : w 0 C ql3
24
(4) 求转角方程、挠度方程 EIw ql x q x2 0 x l
22
w q l3 6lx2 4x3
转角方程
EI为常量 EIw [ M (x)dx] dx Cx D 挠度方程
C、D 为积分常数；由边界条件和连续性条件确定。
边界条件: 固定端：w＝0；θ＝0；
铰支座：w＝0；
弯曲变形的对称点：θ＝0。
连续性条件: 挠曲线上任意点的挠度和转角只有一个
值。
[例7-3-1]用积分法求挠度方程和转角方程，并确定绝
第七章 弯曲变形
第七章 弯曲变形
§7.1 概述 §7.2 挠曲线的近似微分方程 §7.3 用积分法求挠度和转角 §7.4 用叠加法求挠度和转角 §7.5 梁的刚度计算 §7.6 简单超静定梁 §7.7 梁的弯曲应变能 §7.8 提高弯曲刚度的措施
§7-1 概述
一、工程中的弯曲变形问题
若变形过大，会引起较大的振动，破坏起吊工 作的平稳性。
又如，车床主轴：
若变形过大，不 仅会影响齿轮的 啮合和轴承的配 合，使传动不平 稳，磨损加快， 而且还会严重地 影响加工精度。
4
又如，如图所示轮轴： 若轮轴的变形过大，会使轮子不能正常啮合，影响工 作的平稳性等。
5
但有时又有相反要求，要求构件有适当变形，才能 符合使用要求。
如汽车叠板弹簧，要求产生较大变形，才能在车辆 行驶时发挥缓冲减振作用符合使用要求。
24EI
w
q
w qx l3 2lx2 x3
材料力学教程-7.弯曲变形
数据处理
根据需要，对数据进行计算、 绘图等处理，以便更好地理解 和分析实验结果。
结果分析
结合实验数据和理论分析，评 估材料的弯曲性能，并探讨影 响材料弯曲性能的因素。
结论总结
总结实验结果，得出结论，并 提出改进和优化材料弯曲性能
的建议。
04
弯曲变形的工程应用实例
桥梁的弯曲变形分析
总结词
桥梁的弯曲变形分析是确保桥梁安全的重要环节，通过分析桥梁在不同载荷下的弯曲变形程度，可以评估桥梁的 承载能力和安全性。
转角
梁在弯曲变形后，其横截 面绕其中性轴旋转的角度 称为转角。转角是衡量梁 横截面旋转程度的量。
弯曲变形的物理关系
弯矩
由于外力作用在梁上，使梁产生弯曲变形的力矩 称为弯矩。弯矩是引起梁弯曲变形的力。
剪力
在梁弯曲变形过程中，垂直于轴线的横向剪切力 称为剪力。剪力使梁产生剪切变形。
扭矩
当外力作用在梁的某一侧时，会使梁产生扭转变 形，这种使梁产生扭转变形的力矩称为扭矩。
详细描述
高层建筑由于其高度和规模，对风载和地震等外部载荷非常敏感。因此，在高层建筑设 计阶段，需要进行详细的弯曲变形分析。这包括对建筑物的整体结构和各个楼层在不同 载荷下的弯曲变形进行模拟和分析，以确保建筑物在各种外部载荷下的安全性和稳定性。
机械零件的弯曲变形分析
要点一
总结词
机械零件的弯曲变形分析是确保机械系统正常运行的关键 环节。通过对机械零件在不同工作载荷下的弯曲变形进行 分析，可以优化零件的设计和加工工艺，提高其工作性能 和寿命。
通过实例分析和习题练习，学生可以加深对弯曲 变形的理解，提高解决实际问题的能力。
弯曲变形的未来研究方向
弯曲变形的非线性行为
根据需要，对数据进行计算、 绘图等处理，以便更好地理解 和分析实验结果。
结果分析
结合实验数据和理论分析，评 估材料的弯曲性能，并探讨影 响材料弯曲性能的因素。
结论总结
总结实验结果，得出结论，并 提出改进和优化材料弯曲性能
的建议。
04
弯曲变形的工程应用实例
桥梁的弯曲变形分析
总结词
桥梁的弯曲变形分析是确保桥梁安全的重要环节，通过分析桥梁在不同载荷下的弯曲变形程度，可以评估桥梁的 承载能力和安全性。
转角
梁在弯曲变形后，其横截 面绕其中性轴旋转的角度 称为转角。转角是衡量梁 横截面旋转程度的量。
弯曲变形的物理关系
弯矩
由于外力作用在梁上，使梁产生弯曲变形的力矩 称为弯矩。弯矩是引起梁弯曲变形的力。
剪力
在梁弯曲变形过程中，垂直于轴线的横向剪切力 称为剪力。剪力使梁产生剪切变形。
扭矩
当外力作用在梁的某一侧时，会使梁产生扭转变 形，这种使梁产生扭转变形的力矩称为扭矩。
详细描述
高层建筑由于其高度和规模，对风载和地震等外部载荷非常敏感。因此，在高层建筑设 计阶段，需要进行详细的弯曲变形分析。这包括对建筑物的整体结构和各个楼层在不同 载荷下的弯曲变形进行模拟和分析，以确保建筑物在各种外部载荷下的安全性和稳定性。
机械零件的弯曲变形分析
要点一
总结词
机械零件的弯曲变形分析是确保机械系统正常运行的关键 环节。通过对机械零件在不同工作载荷下的弯曲变形进行 分析，可以优化零件的设计和加工工艺，提高其工作性能 和寿命。
通过实例分析和习题练习，学生可以加深对弯曲 变形的理解，提高解决实际问题的能力。
弯曲变形的未来研究方向
弯曲变形的非线性行为
材料力学 第七章 弯曲变形
，
FA
3FP 4
(↑)
3FP
FP
FC
FP 4
(↑)
4
4
明德行远 交通天下
材料力学
（2）分段列梁的弯矩方程
AB段：
M1(x)
3 4
FP x
0x l 4
3
l
BC段：
M 2 ( x)
4
FP x
-
FP (x
-
) 4
l xl 4
（3）积分法求梁的挠曲线
挠曲线近似微分方程
EI
d 2w1 dx2
=
-
M1(x)
-
wC- wC
P
A （b）
图（b）： wA 0 A 0
或写成w C
左
wC右
光滑条件
C- C
或写成 C 左 C 右
明德行远 交通天下
材料力学
讨论： ①适用于小变形、线弹性材料、细长构件的平面弯曲。 ②可求解各种载荷作用下等截面或变截面梁上任意位置处的位移。 ③积分常数由挠曲线变形的几何相容条件（边界条件、光滑连续条件）确定。 ④优点：使用范围广，直接求出较精确； 缺点：计算较繁。
（2）
EIzw=EIz = -
q(x)dx3
1 2
C1x2
C2
x
C3
（3）
明德行远 交通天下
材料力学
例题7-1如图所示，受集中荷载的简支梁AC。已知EI、l、FP。试写出梁的挠 度方程和转角方程，并求截面A和C处的转角及B截面处的挠度。
明德行远 交通天下
y
FP
A
B
θA wB
l 4
EI
3l 4
C
θC
【材料力学课件】07-弯曲变形
w(a −− ) = w(a ++ )
L
挠度是光滑的：
θ (a −− ) = θ (a ++ )
20
例 求图示梁的挠度曲线。 弯矩
y qL / 2
2 2
q x x
1 22 1 22 M ( x) = − qL + qLx − qx 2 2
L
qL
转角 挠度
θ ( x) =
q ⎛ 1 22 1 22 1 33 ⎞ − L x + Lx − x + C ⎟ ⎜ 2 6 EI ⎝ 2 ⎠
w(0) = 0 , D = 0
25 w(l ) = 0 , C = − q00l 33 384
4 2 4 2 ⎡11 1 1 1 1 22 25 33 ⎤ l l 3 4 3 4 w( x) = ⎢ q00lx − q00x + q00 x − − q00l x − − q00l x⎥ 24 24 2 2 2 384 EI ⎣ 48 ⎦
q ⎛ 1 22 22 1 33 1 44 w( x) = ⎜ − L x + Lx − x + Cx + D ⎞ ⎟ EI ⎝ 4 6 24 ⎠
边界条件 θ (0) = 0
C =0
w(0) = 0
D=0
qx 22 22 (x − 4 Lx + 6 L22 ) w( x) = − 24 EI
21
7.2.2 用奇异函数求挠度方程
3 2 2 0 0
3 1 ⎤ l l 1 ⎡11 1 1 2 3 2 2 3 2 θ ( x ) = ⎢ q00lx − q00x + q00 x − − q00l x − + C⎥ EI ⎣16 6 6 2 2 ⎦ 1
材料力学第七章 弯曲变形
1.叠加原理 各载荷同时作用下梁任一截面的挠度和转角
等于各个 载荷单独作用时同一截面挠度和转角 的代数和。
2.叠加原理的前提 小变形 材料是线弹性材料
例1：求大梁跨度中点的挠度 F
q
A
c
B
l
l
F
2
2
q
A
c
B+ A
c
B
l
l
l
l
2
2
2
2
(wc )F
Fl 3 48 EI
(wc )q
5ql 4 384 EI
dx
o
三、弯曲刚度条件
x
w
w f (x) 挠曲线
| w |max [w], | |max [ ]
§7.2 挠曲线的近似微分方程
| ds | | d | (a)
纯弯曲时挠曲线曲率与弯矩的关系为 1 M (b)
EI
横力弯曲时, 剪力对梁弯曲变形很小，可忽略不计。此时曲率与 弯矩为x的函数 。它们的关系仍满足(b)式。
EI2 EIw2' C2 EIw2 C2 x D2
确定积分常数
边界条件 x 0,1 0 w1 0
连续条件 x a,1 2 w1 w2
求得自由端转角和挠度为
C1 0 C2 ma
D1 0
D2
1 2
ma2
B
2
|xl
ma EI
fB
w2
|xl
ma (l EI
a) 2
§7.4 用叠加法求弯曲变形
由(a)(b)可得 d M (c)
ds EI
y
d
由于挠度很小，挠曲线非常平
坦，ds dx,并考虑到符号(c)可
ch7弯曲变形ok-PPT课件
1 M ( x)（非纯弯）——挠曲轴曲率 ( x) EI
平面曲线 w w(x) 的曲率
1
(x)
w 1 w2
3/2
w
1 w2
3/2
M(x) EI
－挠曲轴微分方程
w－弯矩引起的挠度
smax < sp
挠曲轴近似微分方程
w
1 w2
3/2
M(x) EI
小变形时： w2 << 1
以及最大挠度和最大转角。
解：
建立坐标系（如图）。 弯矩可以用一个函数描述，无需分段。
梁的弯矩方程
xHale Waihona Puke M(x)FQ(x)
在坐标为x的截面处截开，由右侧部分的平衡，得到弯
矩方程：
M (x) 1 q l x2
0 x l
2
建立微分方程并积分
将弯矩方程代入小挠度微分方程，得
EIw" M 1 q l x2
§1 引言—梁变形的描述
弯曲变形特点 挠度与转角
弯曲变形特点
挠曲轴
轴线变为曲线，变弯后的梁轴，称为挠曲轴， 挠曲轴是一条连续、光滑曲线
对称弯曲时，挠曲轴为位于纵向对称面的平面曲线 对于细长梁，剪力对弯曲变形影响一般可忽略不计
因而横截面仍保持平面，并与挠曲轴正交.
挠度与转角—梁位移
挠曲轴 转角
EI
wx M0 x2 Cx D
2EI
边界条件 w0 0, D 0 w' 0 0,C 0
wx M0 x2 x M0 x
2EI
EI
wB
M0l2 2EI
B
M0l EI
例3-2，已知：悬臂梁承受
均布载荷。均布载荷集度为q ，
材料力学07弯曲应力ppt课件
分离部分 ——平衡分析……
x
y 26
dA1
s
, b s
顶面有 ,存在.
两截面M 不等—— s 不等
(X 0)
左侧面
dx
N1
M
A1 sdA1 I z
A1 ydA1
右侧面
MS
z
Iz
dM
S
* z
, b( dx ) 0
Iz
FS
,
dM dx
S
z
Izb
FS
S
z
Izb
(∵切应力互等 )
2s
h
2 ( bdy )y s
bh2
M
0
4
s
4M bh2
2. 按沿梁高线性分布:
s max
M h2 Iz
s
6M bh2
s1 2 s2 3
(相差三分之一)
13
[例2]:
15KN
6KN
求B截面K点应力
B
1m
1m
解： M
3
6kNm
s
My Iz
90
K 90
60
120 ( 拉? 压应力? )
IZ
bh3 12
第七章 弯曲应力
§1 弯曲正应力 §2 正应力强度条件 §3 弯曲剪应力 §4 剪应力强度条件 梁的合理截面 §5 非对称截面梁弯曲弯曲中心 §6 考虑塑性的极限弯矩
1
概述
＋
－F
Q
Fa
－
M
CD段：只有弯矩没有剪力－ 纯弯曲
AC和BD段：既有弯矩又有剪力－ 剪切弯曲
2
剪力FS
弯矩M
切应力τ
正应力s
先分析纯弯梁横截面的正应力s ，
x
y 26
dA1
s
, b s
顶面有 ,存在.
两截面M 不等—— s 不等
(X 0)
左侧面
dx
N1
M
A1 sdA1 I z
A1 ydA1
右侧面
MS
z
Iz
dM
S
* z
, b( dx ) 0
Iz
FS
,
dM dx
S
z
Izb
FS
S
z
Izb
(∵切应力互等 )
2s
h
2 ( bdy )y s
bh2
M
0
4
s
4M bh2
2. 按沿梁高线性分布:
s max
M h2 Iz
s
6M bh2
s1 2 s2 3
(相差三分之一)
13
[例2]:
15KN
6KN
求B截面K点应力
B
1m
1m
解： M
3
6kNm
s
My Iz
90
K 90
60
120 ( 拉? 压应力? )
IZ
bh3 12
第七章 弯曲应力
§1 弯曲正应力 §2 正应力强度条件 §3 弯曲剪应力 §4 剪应力强度条件 梁的合理截面 §5 非对称截面梁弯曲弯曲中心 §6 考虑塑性的极限弯矩
1
概述
＋
－F
Q
Fa
－
M
CD段：只有弯矩没有剪力－ 纯弯曲
AC和BD段：既有弯矩又有剪力－ 剪切弯曲
2
剪力FS
弯矩M
切应力τ
正应力s
先分析纯弯梁横截面的正应力s ，
材料力学课件第七章弯曲变形
第七章 弯曲变形
例2：已知梁的抗弯刚度为 EI。试求图示简支梁在均布载荷q 作用下的转角方程、挠曲线方程，并确定 max 和 vmax。
q
A
B
l
第七章 弯曲变形
解：
M(x)ql xqx2 22
EIv ql xqx2
y
22
q
EIvqlx2qx3C
A
x
46
l
EIvqlx3qx4CxD 12 24
[v]、[ ] 是构件的许可挠度和转角，它们决定于构件正
常工作时的要求。
第七章 弯曲变形
例11：图示工字钢梁， l =8m， Iz=2370cm4, Wz=237cm3，
[ v ]= l／500，E=200GPa，[]=100MPa。试根据梁的刚度
条件，确定梁的许可载荷 [P]，并校核强度。
P
EIvM(x)dxC
E Iv M (x)d x d x C D x
F C、D为积分常数，它由位移边界与连续条件确定。
第七章 弯曲变形
边界条件：梁截面的已知位移条件
v0
v 0
v0 0
连续条件：分段处挠曲轴应满足的连续、光滑条件
F
A B
M
D
C
$ 挠曲线在B、C点连续且光滑
A
C
B
l
l
2
2
I20a z
第七章 弯曲变形
CL9TU40
解：由刚度条件:
vmax
Pl3 48EI
[v] l 500
P5408El02I7.11kN [P]7.11kN
ma xM W m z a x4P W zl6M 0 P[a]
因此满足强度要求
例2：已知梁的抗弯刚度为 EI。试求图示简支梁在均布载荷q 作用下的转角方程、挠曲线方程，并确定 max 和 vmax。
q
A
B
l
第七章 弯曲变形
解：
M(x)ql xqx2 22
EIv ql xqx2
y
22
q
EIvqlx2qx3C
A
x
46
l
EIvqlx3qx4CxD 12 24
[v]、[ ] 是构件的许可挠度和转角，它们决定于构件正
常工作时的要求。
第七章 弯曲变形
例11：图示工字钢梁， l =8m， Iz=2370cm4, Wz=237cm3，
[ v ]= l／500，E=200GPa，[]=100MPa。试根据梁的刚度
条件，确定梁的许可载荷 [P]，并校核强度。
P
EIvM(x)dxC
E Iv M (x)d x d x C D x
F C、D为积分常数，它由位移边界与连续条件确定。
第七章 弯曲变形
边界条件：梁截面的已知位移条件
v0
v 0
v0 0
连续条件：分段处挠曲轴应满足的连续、光滑条件
F
A B
M
D
C
$ 挠曲线在B、C点连续且光滑
A
C
B
l
l
2
2
I20a z
第七章 弯曲变形
CL9TU40
解：由刚度条件:
vmax
Pl3 48EI
[v] l 500
P5408El02I7.11kN [P]7.11kN
ma xM W m z a x4P W zl6M 0 P[a]
因此满足强度要求
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32
对称性在变形分析中的应用
例9：已知 E 为常数，I2=2I1，求 WC，B。
F
A I1
I2
I1 B
A
B
E CF C
A
B
EC F
A
B
EC F
20第21/七3/7 章 弯曲变形
wC
C
I2 F
I1 B
F/2
33
例10：利用对称性求下面梁中点挠度与转角
q
A
B
C
a
a
q/2
A
B
C
a
a
对称, 转角为0
5( q )(2a)4
q
B
q
B
FB
43
解2：1. 解除多余约束，
M x
EI
小变形时： v2 1
d2v M x
dx2 EI
正负号确定——确定坐标系: v 向上为正, 逆时针为正.
v
x
M 0, v 0
20第21/七3/7 章 弯曲变形
v
x
M 0, v 0
9
§7-3 用积分法求弯曲变形
EIv M (x)
EIv M (x) dx C
EIv M (x)dxdx Cx D
48EI
y
A
x
l 2
P
C
l 2
最大转角和最大挠度分别为：
max
A
B
Pl 2 16EI
20第21/七3/7 章 弯曲变形
vmax
v
x l 2
Pl3 48EI
B
x
20
画挠曲线的大致形状
q qa2
A
B
C
Q
D
a
a
a
M
d2v dx2
M x
EI
F 根据弯矩图定凹凸性， F 弯矩图过零点处为拐点， F 支座限定支座处的位移。
第7章 弯曲变形
※ 工程问题中的弯曲变形 ※ 挠曲线的近似微分方程 ※ 用积分法求弯曲变形 ※ 用叠加法求弯曲变形 ※ 简单静不定梁 ※ 提高弯曲刚度的措施
20第21/七3/7 章 弯曲变形
1
§7-1 概 述
一、工程实践中的弯曲变形问题
在工程实践中，对某些受弯构件，除要求 具有足够的强度外，还要求变形不能过大，即 要求构件有足够的刚度，以保证结构或机器正 常工作。
a
仅考虑BC段变形(刚化AB,可
视BC为悬臂梁)
vC1
ql 4 8EI
()
C1
ql 3 6EI
()
20第21/七3/7 章 弯曲变形
27
q
A
C B
l
a
q
A
C
B
l
a
qa
qa2/2
A
C
B
l
a
20第21/七3/7 章 弯曲变形
vC1
ql 4 8EI
()
C1
ql 3 6EI
()
仅考虑AB段变形(刚化BC)
步骤：
1、 判断静不定度（确定多余约束数）； 2 、解除多余约束，建立相当系统； 3 、列出多余约束处的变形协调条件(位移边界条件)； 4、 结合平衡方程，求多余支反力。
F 静定基相当系统不唯一，一般选择求解起来最简单的一种。
20第21/七3/7 章 弯曲变形
41
静定基与相当系统的选取： q
A
静定基:
20第21/七3/7 章 弯曲变形
D0
B
x
14
梁的转角方程和挠曲线方程分别为：
q (6lx2 4x3 l 3 )
y
24EI
q
v qx (2lx 2 x 3 l 3 )
A
x
24 EI
l
最大转角和最大挠度分别为：
max
A
B
ql 3 24 EI
v max
v
x l 2
5ql 4 384 EI
F
A
B
E
C
D
边界条件：
固定端: vA 0, A 0
自由端：无位移边界条件
可动铰:
连续条件：
wC左 0, wC右 0
左 C
C右
wB左 wB右 , wE左 wE右
20第21/七3/7 章 弯曲变形
左 E
右 E
vC 0
12
例2：已知梁的抗弯刚度为 EI。试求图示简支梁在均布载荷q
作用下的转角方程、挠曲线方程，并确定 max 和 vmax。
大致形状
3qa
4
+
_ qa
4
3qa 2
4
qa 2
+
32
qa 2 4
直线
凹
凹
凸
20第21/七3/7 章 弯曲变形
21
§7-4 用叠加法求弯曲变形
一、用叠加法计算梁的变形
在材料服从胡克定律、且变形很小的前提下,载荷与它 所引起的变形成线性关系。
当梁上同时作用几个载荷时，各个载荷所引起的变形 是各自独立的，互不影响。若计算几个载荷共同作用下在 某截面上引起的变形，则可分别计算各个载荷单独作用下 的变形，然后叠加。
F C、D为积分常数，它由位移边界与连续条件确定。
20第21/七3/7 章 弯曲变形
10
边界条件：梁截面的已知位移条件
v0
v0
v0
0
连续条件：分段处挠曲轴应满足的连续、光滑条件
F
A B
M
D
C
$ 挠曲线在B、C点连续且光滑
连续: v左 v右
光滑: 左 右
20第21/七3/7 章 弯曲变形
11
例1：写出梁的挠曲轴方程的边界条件和连续条件
20第21/七3/7 章 弯曲变形
2
摇臂钻床的摇臂或车床的主轴变形过大，就会影响零件 的加工精度，甚至会出现废品。
F
20第21/七3/7 章 弯曲变形
F
3
桥式起重机的横梁变形过大,则会使小车行走困难， 出现爬坡现象。
P
P
20第21/七3/7 章 弯曲变形
4
但在另外一些情况下，有时却要求构件具有较大的 弹性变形，以满足特定的工作需要。
Pa2 M 2a 2EI EI
0PLeabharlann A CaM
B
a
P
A
C
B
M Pa 4
M
A
C
B
20第21/七3/7 章 弯曲变形
26
例7: 求图示外伸梁 C 点的挠度和转角。
q
静定梁或刚架的任一横
A
C B
l
a
截面的总位移，等于各 梁段单独变形 (其余梁段 刚化)在该截面引起的位
q
移的代数和或矢量和
A
C
B
l
()
C
(1) C
(2) C
qa3 48EI
()
35
二、梁的刚度计算
刚度条件：
vmax [v]
max [ ]
[v]、[ ] 是构件的许可挠度和转角，它们决定于构件正
常工作时的要求。
20第21/七3/7 章 弯曲变形
36
例11：图示工字钢梁， l =8m， Iz=2370cm4, Wz=237cm3，
ml 2 ) 16EI
20第21/七3/7 章 弯曲变形
24
P
A
C
B
l
l
2
2
q
A
C
B
M
A
C
B
20第21/七3/7 章 弯曲变形
AP
Pl2 16EI
Aq
ql 3 24EI
AM
ml 3EI
A AP Aq AM
25
例6：若图示梁B 端的转角 B=0，则力偶矩 M 等于多少？
解：
B BP BM
例如，车辆上的板弹簧，要求有足够大的变形， 以缓解车辆受到的冲击和振动作用。
20第21/七3/7 章 弯曲变形
5
二、弯曲变形的基本概念
x l
A F
(x)
x
v(x) B
l
描述截面上任一点的位移: 1、形心轴的线位移 —— 挠度 v
2、截面绕形心轴的角位移 ——转角
20第21/七3/7 章 弯曲变形
C2
B
qa 2l 6EI
()
C C1 C2 vC vC1 B a
28
么么么么方面
• Sds绝对是假的
第七章 弯曲变形
例8：已知 E 为常数，I2=2I1，求 WC，C。
I2
I1
F
A
B
C
20第21/七3/7 章 弯曲变形
30
I2
I1
F
A
B
C
刚化AB段：
F
A
C
B
刚化BC段：
F
M Fa
B
F
[ v ]= l／500，E=200GPa，[]=100MPa。试根据梁的刚度条
件，确定梁的许可载荷 [P]，并校核强度。
P
A
C
B
l
l
2
2
I20a z
20第21/七3/7 章 弯曲变形
CL9TU40 37
解：由刚度条件:
vmax
Pl 3 48EI
[v]
l 500
P
48EI 500l 2
7.11kN
6
二、弯曲变形的基本概念
x l
A F
(x)
x
v(x) B
l
F 变弯的形心轴 —— 挠曲线